27 maja 2019


Coraz częściej w medycynie stosowane są roboty w celu wspomagania chirurgów podczas operacji. Podobnie wykorzystuje się roboty w zastosowaniach rehabilitacyjnych, szczególnie w celu rehabilitacji osób z dysfunkcją kończyn. W tym też celu zaprojektowano robota typu Delta, który w swoim łańcuchu kinematycznym ma sztuczne muskuły pneumatyczne. Urządzenie ma wspomagać ruch i wzmacniać siłę mięśni pacjentów podczas ćwiczeń rehabilitacyjnych. Ma pomóc również usprawnić ruchowo pacjentów z neurogenną dysfunkcją narządu ruchu kończyn górnych. Dysfunkcja może dotyczyć pacjentów z porażeniem układu nerwowego oraz pacjentów po urazach neurologicznych i ortopedycznych. Zastosowanie sztucznych muskułów pneumatycznych, które naśladują pracę ludzkich mięśni, ma umożliwić uzyskanie płynnych ruchów i zabezpieczyć przed zbyt dużym obciążaniem.

Paweł Andrzej Łaski, Dawid Pietrala

Wzorce ruchowe
W celu wyznaczenie kształtu przestrzeni roboczej oraz zakresu ruchów efektora zarejestrowano typowe wzorce ruchowe. Badania przeprowadzano w ośrodku zajmującym się rehabilitacją. Wyznaczenie wzorców ruchowych odbywało się podczas wykonywania ćwiczeń przez zawodowego rehabilitanta. Odpowiednio przygotowano scenę ze skalą noniuszową w postaci czarnobiałej szachownicy o znanych wymiarach. Pozwoliła ona na wyznaczenie trajektorii ruchu rejestrowanych sekwencji. W trakcie realizacji zadania przeprowadzono szereg analiz dotyczących głównie badań statycznych i dynamicznych głównych napędów urządzenia, w tym sztucznych muskułów pneumatycznych. Wyznaczone trajektorie pozwoliły na przeprowadzenie badań symulacyjnych zakresów pracy przegubów wchodzących w skład mechanizmów ramion czynnych i biernych urządzenia. Wyznaczono długości elementów konstrukcji, w tym kształtu ramion czy wielkości platformy roboczej.

robot pneumatyczny
Rys. 1 Model bryłowy robota typu Delta 6-DoF, 1 – czujnik sił i momentów, 2 – serwonapędy eklektyczne DC, 3 – platforma robocza, 4 – przeguby sferyczne, 5 – ramiona bierne, 6 – serwonapędy eklektyczne AC, 7 – pneumatyczne muskuły, 8 – ramiona czynne, 9 – enkodery (bezwzględne czujniki pozycji kątowej), 10 – podstawa.

Konstrukcja urządzenia przygotowywana była do sprawdzenia na osobach zdrowych, poprzez wspomaganie ruchu oraz wzmacnianie siły mięśni, a także na pacjentach, podczas ćwiczeń rehabilitacyjnych do usprawniania ruchowego pacjentów z dysfunkcją narządów ruchu kończyn. Na podstawie przeprowadzonych badań wykonano modelowanie ruchów dla pacjentów z dysfunkcjami i urazami ortopedycznymi.

Model robota
Manipulator został zaprojektowany na podstawie konstrukcji robotów równoległych o trzech stopniach swobody. Na rysunku 1 przedstawiono podstawowe elementy składowe robota.
Na podstawie przeprowadzonych badań eksperymentalnych wyznaczenia wzorców ruchowych PNF (Proprioceptive Neuromuscular Facilitation) dobrano długości ramion czynnych oraz biernych manipulatora. Metody ćwiczeń oparte na PNF to uznane na całym świecie podejście do procedur terapeutycznych w rehabilitacji i uznane za skuteczne leczenie pacjentów z szeroką gamą dysfunkcji ruchowych. Zaprojektowano modele bryłowe urządzenia w oprogramowaniu CAD.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 4 (139) kwiecień 2019